中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)”在深圳隆重召開， 來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、西班牙、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項(xiàng)目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會(huì)。
大連化學(xué)物理研究所研究員張華民在儲(chǔ)能電站專場(chǎng)，發(fā)表了題為“全釩液流電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
張華民：尊敬的各位同行、各位領(lǐng)導(dǎo)，大家上午好，我是來(lái)自中科院大連化物所的張華民，同時(shí)也是大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司的副總經(jīng)理，兼首席科學(xué)家。今天跟大家分享一下液流電池技術(shù)及儲(chǔ)能應(yīng)用。
我在儲(chǔ)能領(lǐng)域算是一個(gè)老兵，我從2000年開始就做儲(chǔ)能，當(dāng)時(shí)我回國(guó)，給我的任務(wù)是奧運(yùn)會(huì)把中國(guó)的燃料電池車隊(duì)做出來(lái)，同時(shí)我就開始做儲(chǔ)能。很高興最近幾年國(guó)家開始重視儲(chǔ)能工作，特別是對(duì)液流電池儲(chǔ)能技術(shù)也給予了高度的重視，包括中國(guó)制造2025提出要做10兆瓦的液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)繼承。能源局2017年1月份指出要做100兆瓦時(shí)的全釩液流電池等等工作。
儲(chǔ)能電池的技術(shù)非常多，我這個(gè)圖涵蓋了基本上所有的儲(chǔ)能技術(shù)，越往上它的規(guī)模越大，越往下它的時(shí)間越長(zhǎng)，我所關(guān)注的是液流電池儲(chǔ)能技術(shù)，特別是在液流電池當(dāng)中的重點(diǎn)鉛酸液流電池。
一個(gè)科學(xué)家要做研究就要申請(qǐng)科研經(jīng)費(fèi)，我到中科院申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)的時(shí)候，有時(shí)候項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)比較大，或者報(bào)獎(jiǎng)的時(shí)候要參加院長(zhǎng)辦公會(huì)議，副院長(zhǎng)、院長(zhǎng)是中科院100多個(gè)研究所里面出來(lái)的，有的副院長(zhǎng)提問(wèn)說(shuō)，張華民你做液流電池儲(chǔ)能，到底用哪種技術(shù)做儲(chǔ)能最好？因?yàn)橹锌圃?00多個(gè)研究所各種技術(shù)都在做。我說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題我不敢回答，我說(shuō)我這個(gè)好，你說(shuō)我是老張頭賣瓜，自賣自夸，如果我說(shuō)別的不好，我肯定會(huì)得罪別人。我說(shuō)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)要滿足幾個(gè)條件，一是安全性好，對(duì)規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)而言，由于系統(tǒng)功率和容量大，安全事故造成的危害和損失大，因此規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首要要求是安全可靠，解決安全性可靠性是重中之重。第二是生命周期的性價(jià)比要高，第三是生命周期的環(huán)境負(fù)荷要低。有人說(shuō)全釩液流電池價(jià)格昂貴，我說(shuō)你不太懂，從生命周期來(lái)講是不是昂貴并不一定。另外就是電池報(bào)廢以后怎么處理，這是非常重要的。我昨天從我住的酒店到這里來(lái)的時(shí)候，坐了一個(gè)電動(dòng)汽車，司機(jī)說(shuō)將來(lái)我們是把災(zāi)難留給了后代，這些電池將來(lái)越來(lái)越多，以后怎么辦？我說(shuō)你想問(wèn)題想的真深，要都像你這么想問(wèn)題就好了。
到底在儲(chǔ)能當(dāng)中哪種技術(shù)可能發(fā)揮的作用比較大？我自己不好判斷。這是Navigant在2015年的一個(gè)研究報(bào)告當(dāng)中的一幅圖，它介紹了幾種電池的成本情況，我對(duì)他們這個(gè)研究還是比較認(rèn)可的，由于國(guó)家在電動(dòng)車的電池方面的投入比較大，所以電池的成本下降比較快，在近幾年鋰電池是占有主導(dǎo)地位的，再就是夜流電池和鉛碳電池，再就是P to G的電池類型。
全釩液流電池由于它自身的特點(diǎn)，它有一些優(yōu)勢(shì)，它的優(yōu)勢(shì)有這么幾個(gè)，一是功率和容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)，尤其適合大規(guī)模儲(chǔ)能，特別是百千瓦到百兆瓦的儲(chǔ)能另外是輸出功率大，能量效率高、充放電性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)，它的啟動(dòng)和響應(yīng)速度快，它的電解液是流動(dòng)的，沒(méi)有固定擴(kuò)散的速度，所以在所有電池當(dāng)中它的響應(yīng)速度是最快的，快和慢取決于PCS的速度，不取決于電池的速度。它的電解液可以半永久性使用，它就是在稀硫酸的水溶液中價(jià)態(tài)發(fā)生變化，它是無(wú)機(jī)物，不會(huì)發(fā)生像化學(xué)降解的反應(yīng)，因此電解液可以半永久使用，電解液的成本將來(lái)要超過(guò)電池系統(tǒng)的成本，也就是電解液的成本占到50%以上，它可以循環(huán)使用的話，殘值非常大，應(yīng)該講性價(jià)比是比較高的?，F(xiàn)在講大規(guī)模儲(chǔ)能，幾兆瓦到百兆瓦的儲(chǔ)能，報(bào)廢以后怎么辦？我們的材料基本上是薄、電極、雙極板，這些材料報(bào)廢以后都可以循環(huán)利用的，安全性比較好，使用壽命長(zhǎng)。但是有一個(gè)缺點(diǎn)是解決不了的，就像我這樣，長(zhǎng)得太胖，內(nèi)容不多，但是占的體積比較大。它的溶解度受限制，所以比能量比較低，它只適合于做儲(chǔ)能電站。
全釩液流電池的發(fā)展比較短，上世紀(jì)70年代美國(guó)的專家提出，80年代澳大利亞的Maria首先做出來(lái)，2009年美國(guó)能源部要做儲(chǔ)能規(guī)劃，就請(qǐng)了我和澳大利亞的Maria給他們介紹，到后來(lái)一些公司都逐步退出這個(gè)領(lǐng)域的研究，但是我們依然在堅(jiān)持，也很高興兩任總書記都到過(guò)我們公司視察過(guò)。
目前為止我們已經(jīng)申報(bào)發(fā)明專利300多件，國(guó)際專利50多件，授權(quán)專利200多件，我們形成了從材料到部件，到系統(tǒng)集成的一個(gè)完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。
電解液是釩解水溶液，電池報(bào)廢以后怎么用？因?yàn)樗男阅芩p是微量的副反應(yīng)，我們通過(guò)在線或者離線可以很簡(jiǎn)單的恢復(fù)，這是釩液流電池最大的特點(diǎn)。其它的電池報(bào)廢以后怎么辦？昨天楊院士的報(bào)告也講過(guò)，必須得考慮這個(gè)問(wèn)題。
再就是電極，它主要是炭氈或者石墨氈，或者是碳紙，報(bào)廢以后燒掉，比燒媒還干凈，因?yàn)橹挥刑迹瑳](méi)有其它的東西。
還有一個(gè)是雙極板。為什么住友電工做不下去？因?yàn)樗牟牧铣杀咎F，它用的材料很貴，我們開發(fā)出一種高導(dǎo)電性、高韌性的復(fù)合雙極板，加上樹脂壓出來(lái)，買一張石墨雙極板要3000多塊錢，而我們這個(gè)板的成本只有50多塊錢，所以我們把成本降低了很多。昨天有一個(gè)老師問(wèn)我，為什么外國(guó)的液流電池那么貴，你們的便宜呢？我告訴他，我們的材料都是自己做出來(lái)的。報(bào)廢了以后，雙極板就是碳和樹脂，燒掉以后就是二氧化碳和水，和燒煤差不多。
還有一張離子交換膜，Nafion膜確實(shí)很貴，我們拿100塊錢買100塊錢大小的一張膜都買不到，所以我們?cè)谧龅臅r(shí)候必須開發(fā)膜，否則就不能做。我們想開展非氟膜，在1982年的時(shí)候開始做，到現(xiàn)在一直做不出來(lái)。后來(lái)我就做一個(gè)多孔的膜，因?yàn)闅浜外C的大小不一樣，我們提出一個(gè)離子篩分傳導(dǎo)的概念，做成了這張膜，它的性能要比Nafion膜低很多，成本大概是它的1/8左右。這種膜報(bào)廢以后，傳統(tǒng)的膜有氟，對(duì)骨骼、牙齒都會(huì)有損傷。我這張膜只含有碳和氫，報(bào)廢以后燒掉只會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水。這是我所有的電池材料報(bào)廢的處理方法。
在電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上我們也做了很多的工作，不斷地提高電池的性能。
這是第一代的22千瓦的工業(yè)化的產(chǎn)品，第二代的是32千瓦的電堆，它比22千瓦的要小得多。
它的天花板在哪兒？第一代的工作電流密度是80毫安每平方厘米，第二代是120毫安每平方厘米。我們要保持電堆的能量效率大于80%，在實(shí)驗(yàn)室里面的小樣可以做到300毫安每平方厘米，也就是說(shuō)我還有很大的下降空間，將來(lái)的成本應(yīng)該比鋰電池還要便宜。
下面再講一下產(chǎn)業(yè)化的情況。我要做產(chǎn)業(yè)化，要跟融科合作的時(shí)候，我用了6年的時(shí)間做了實(shí)驗(yàn)室里面一個(gè)2000瓦的系統(tǒng)，做了的12000次的循環(huán)，最后測(cè)的能量衰減了5%。從2000年研發(fā)一直做到現(xiàn)在，到目前為止我們也有一些國(guó)際合作伙伴，我們也進(jìn)行了產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，做了30多個(gè)項(xiàng)目。第一個(gè)項(xiàng)目就做在我家里，現(xiàn)在還在運(yùn)行，是2009年做的，是世界上第一個(gè)不依賴于化石能源的住宅。
這是世界上運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)、規(guī)模最大的全釩液流電池系統(tǒng)，5兆瓦/10兆瓦時(shí)的系統(tǒng)，它到目前為止已經(jīng)運(yùn)行了5年半。我跟以色列也有合作，以色列代表團(tuán)去看這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候就跟我說(shuō)，這是你第一個(gè)5兆瓦的系統(tǒng)嗎？我說(shuō)是的。他說(shuō)看到這個(gè)項(xiàng)目怎么運(yùn)行了三年多還跟新的一樣？我說(shuō)這個(gè)電池的壽命比較長(zhǎng)。
我們?cè)诘聡?guó)、意大利、美國(guó)都有很多合作項(xiàng)目，在美國(guó)我們也被美國(guó)環(huán)保署評(píng)為2017年度美國(guó)綠色挑戰(zhàn)獎(jiǎng)。
這些技術(shù)也獲得了國(guó)家的一些獎(jiǎng)勵(lì)，包括2016年度中國(guó)原創(chuàng)技術(shù)大獎(jiǎng)，獲得“全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)全球領(lǐng)先者和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定者”稱號(hào)。今年3月9日英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)上發(fā)表了一篇介紹我們工作情況的文章，他講到我們是全球唯一具備全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)。
我們現(xiàn)在正在做的是國(guó)家200兆瓦/800兆瓦時(shí)的示范項(xiàng)目，為了這個(gè)項(xiàng)目我們?cè)O(shè)計(jì)了生產(chǎn)線和組裝線，這個(gè)工廠用的電都是自己的電，每年還能賣電幾百萬(wàn)，屋頂都是太陽(yáng)能電站，有儲(chǔ)能電池。
今年3月7日能源局引發(fā)了2018年能源工作指導(dǎo)意見，在這個(gè)指導(dǎo)意見當(dāng)中，在儲(chǔ)能方面有5項(xiàng)能源局要做的項(xiàng)目，其中3項(xiàng)是大連融科儲(chǔ)能要做的，大概是500多兆瓦時(shí)。
謝謝各位。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
